(57)【要約】【課題】コンクリート製品の金属コンクリート化による改質を行うこと。【解決手段】本発明では、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を主成分とするコンクリートの改質剤を提供する。また、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物の多硫化物の水溶液を主成分とするコンクリートの改質剤を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を主成分とするコンクリートの改質剤。
【請求項２】
１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物の多硫化物の水溶液を主成分とするコンクリートの改質剤。
【請求項３】
前記請求項１又は請求項２に記載のコンクリートの改質剤をセメントに添加してコンクリート製品を製造することを特徴とするコンクリート製品の改質方法。
【請求項４】
前記請求項１又は請求項２に記載のコンクリートの改質剤を既存のコンクリート製品に含浸させることを特徴とするコンクリート製品の改質方法。
【請求項５】
前記請求項１又は請求項２に記載のコンクリートの改質剤を前記既存のコンクリート製品に内在する鉄筋に至るまで含浸させることを特徴とする請求項４に記載のコンクリート製品の改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートの改質剤及びこれを用いたコンクリート製品の改質方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは、セメントの水和反応による多孔質体であることから、呼吸性や透湿性に優れており、古くから様々な構造物に広く用いられている。
【０００３】
このコンクリートを用いた構造物は、建造直後においては、セメントの水和物である水酸化カルシウムの存在によって、内部が強アルカリ性を示しているが、建造後は風雨にさらされることになり、空気中の炭酸ガスや酸性雨等の影響で、コンクリート構造物の内部に炭酸ガスが侵入し、水酸化カルシウムと反応して炭酸カルシウムが生成されることによってコンクリートが中性化し、この中性化がコンクリート内部に向かって進行して鉄筋まで達すると鉄筋が発錆し、鉄筋の強度が低下するとともに、発錆による体積膨張のためにコンクリートの内部にクラックが生じ、コンクリートの強度が大幅に低減する。
【０００４】
このようなコンクリート構造物の中性化による強度減少を防止する方法として、従来より、コンクリート構造物の表面に有機質の塗料を塗布し、塗料によってコンクリート構造物の表面を被覆することによって、炭酸ガスや雨水がコンクリートの内部に進入するのを遮断するようにしていた（たとえば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−４１７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、コンクリート構造物の表面を有機系塗料で被覆しても、その塗料が時間の経過とともに化学変化を起こし、経時退化してしまい、炭酸ガスや雨水の侵入を防止できず、結局コンクリートの強度が低減してしまうおそれがあった。
【０００６】
また、コンクリート表面で塗料が硬質化してしまい、コンクリート構造物にクラックが生じた場合には、硬質塗料にまでクラックが生じてしまい、そのクラックから炭酸ガスや雨水が浸入して、コンクリートの強度が低減するおそれがあった。
【０００７】
しかも、コンクリートの表面を硬質化した塗料で被覆すると、コンクリートが本来有している呼吸性や透湿性が損なわれてしまうものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、請求項１に係る本発明では、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を主成分とするコンクリートの改質剤を提供するものである。
【０００９】
また、請求項２に係る本発明では、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物の多硫化物の水溶液を主成分とするコンクリートの改質剤を提供するものである。
【００１０】
また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に記載のコンクリートの改質剤をセメントに添加してコンクリート製品を製造することを特徴とするコンクリート製品の改質方法を提供するものである。
【００１１】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に記載のコンクリートの改質剤を既存のコンクリート製品に含浸させることを特徴とするコンクリート製品の改質方法を提供するものである。
【００１２】
また、請求項５に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に記載のコンクリートの改質剤を前記既存のコンクリート製品に内在する鉄筋に至るまで含浸させることを特徴とする請求項４に記載のコンクリート製品の改質方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
そして、本発明では、改質剤に含有される金属体によって金属コンクリート化することができ、コンクリートの改質を行うことができる。これにより、コンクリート製品の高密度化、高強度化、中性化防止、耐酸性向上、内部鉄筋の防錆、吸水率の低減、耐塩性向上、耐凍結性向上などの効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るコンクリートの改質剤は、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液を主成分とするものである。
【００１５】
また、本発明に係るコンクリートの改質剤は、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物の多硫化物の水溶液を主成分とするものである。
【００１６】
また、本発明に係るコンクリートの改質剤は、上記いずれか一方又は混合液に水酸化金属の水溶液又は水酸化金属の微粒子を含有する水溶液を添加してもよい。
【００１７】
ここで、１類の金属体は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）のいずれかを指し、２類の金属体は、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）のいずれかを指し、その他のアルカリ金属体は、消石灰や生石灰やこれらの混合物などの単体又は加水や加熱などによってアルカリ金属化する物質を指し、硫化水溶液とは、硫化リチウム（Li2S）、硫化ナトリウム（Na2S）、硫化カリウム（K2S）、硫化ルビジウム（Rb2S）、硫化セシウム（Cs2S）、硫化フランシウム（Fr2S）、硫化ベリリウム（BeS）、硫化マグネシウム（MgS）、硫化カルシウム（CaS）、硫化ストロンチウム（SrS）、硫化バリウム（BaS）、硫化ラジウム（RaS）の水溶液を指し、多硫化物の水溶液とは、硫化リチウム（Li2SX）、硫化ナトリウム（Na2SX）、硫化カリウム（K2SX）、硫化ルビジウム（Rb2SX）、硫化セシウム（Cs2SX）、硫化フランシウム（Fr2SX）、硫化ベリリウム（BeSX）、硫化マグネシウム（MgSX）、硫化カルシウム（CaSX）、硫化ストロンチウム（SrSX）、硫化バリウム（BaSX）、硫化ラジウム（RaSX）のｘ＝６〜12の水溶液を指し、水酸化金属とは、水酸化リチウム（Li2OH）、水酸化ナトリウム（Na2OH）、水酸化カリウム（K2OH）、水酸化ルビジウム（Rb2OH）、水酸化セシウム（Cs2OH）、水酸化フランシウム（Fr2OH）、水酸化ベリリウム（BeOH）、水酸化マグネシウム（MgOH）、水酸化カルシウム（CaOH）、水酸化ストロンチウム（SrOH）、水酸化バリウム（BaOH）、水酸化ラジウム（RaOH）を指す。
【００１８】
また、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物と硫黄とをイオン結合させた硫化水溶液や、１類又は２類の金属体或いはその他のアルカリ金属体のいずれか一種又はこれらの混合物の多硫化物の水溶液や、水酸化金属の水溶液又は水酸化金属の微粒子を含有する水溶液は、公知の化学反応を用いて生成することができる。
【００１９】
特に、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝６〜１２））を安定かつ安全に生成する方法としては、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物と硫黄とを密閉容器内で蒸気の排出をすることなく98℃〜345℃の高圧下で撹拌混合しながら反応させることによって生成する方法がある。
【００２０】
たとえば、水酸化カルシウムと硫黄とを用いた場合には、消石灰と硫黄と水とを混合することによって生成でき、このとき、
Ca(OH)2→Ca++＋２OH--
Ca++＋S→CaS
の反応が起こる。
このCaSは、
２CaS＋４OH--→H2S＋Ca(OH)2＋S＋Ca＋O2
となる。
【００２１】
ここで、従来の製法では、一部の硫化水素及び酸素が蒸気として大気に開放されていたが、本発明では、この反応を密閉容器内で行わせることで蒸気の排出をしないようにしている。
【００２２】
そのため、上記反応が正確に進んで、
H2S＋Ca(OH)2＋S＋Ca→Ca(HS)2＋Ca(OH)2
となる。
【００２３】
また、CaSは、
２CaS＋２H2O→Ca(HS)2＋Ca(OH)2
となる。
【００２４】
さらに、CaSは、
CaS＋（ｘ−１）S→CaSx
となって、CaSx（ｘ＝６）が安定して生成される。
【００２５】
これは、水酸化カルシウムを用いた場合に限られず、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物を用いた場合でも、Sx（ｘ＝６）を含有する処理剤を安定して生成できる。
【００２６】
特に、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物と硫黄とを硫黄の粒子表面に付着したカリウム、マグネシウム、カルシウム、又はナトリウムを破砕し剥離させるように撹拌混合しながら反応させることによって多硫化物（但し、Sx（ｘ＝６））を主成分とする処理剤をより安定して生成することができる。
【００２７】
また、硫黄の溶解温度以上の温度で反応を行わせた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝８））を主成分とする処理剤を安定して生成することができる。
【００２８】
また、硫黄と熱水との混合液に、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物を所定量連続的に混入させた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝８〜１０））を主成分とする処理剤を安定して生成することができる。
【００２９】
また、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物と硫黄と熱水との混合液に低温環境下（−２０℃〜０℃）で消石灰を混入させた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝６〜１２））を主成分とし、被処理物を固化することができるミルク状の改良剤を含んだ処理剤を安定して生成することができる。
【００３０】
また、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物と硫黄と熱水との混合液に低温環境下（−３０℃〜−２５℃）でカルシウムを混入させた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝８））を主成分とする処理剤を安定して生成することができる。
【００３１】
また、予め１００μ以下（好ましくは、５０μ以下）に粉砕した硫黄と、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウムのいずれか又はこれらの混合物を粉体又はシルト状態で用いた場合には、多硫化物（但し、Sx（ｘ＝１０〜１２））を主成分とする処理剤を安定して生成することができる。
【００３２】
また、本発明に係るコンクリートの改質剤は、廃棄物であるアルカリ灰を原料として生成することもできる。たとえば、アルカリ灰としてフライアッシュ（炭種;マッセルブルグ50％、ドレイトン50％の混焼により発生したもので、アルカリ度ＰＨ13.5）を用い、フライアッシュ20重量部、硫黄20重量部、水100重量部の配合比とし、まず、フライアッシュ20重量部と水100重量部を反応缶に入れ、上蓋を閉じ、混合機を作動させて10分程度混合する。
【００３３】
次に、安全弁を設定し上限反応圧力として排気圧を約10kg/cm2にセットし炉体冷却排水バルブ及び冷却バルブを開放するとともに冷却水入口バルブを開放して通水する。
【００３４】
次に、反応中の蒸発を抑えるために、エアーコンプレッサーによる加圧によって2.5kg/cm2程度の予圧をかける。
【００３５】
次に、バーナに点火して、圧力計と温度計とを確認し、混合しながら昇温する。この時に、圧力は10kg/cm2以下とし、温度計の表示が110℃に達してから、約30分間混合反応させる。
【００３６】
次に、バーナを停止し、圧力計が下降するまで放置し、安定したら排気弁により最終残圧を完全に排出し、大気圧と同化させる。
【００３７】
次に、混合機を停止させ、排出バルブを開放して、沈澱物及び液体を排出して、これらを回収する。
【００３８】
次に、回収物を冷却し、沈澱分離し薬液と沈澱物を得る。ここでは、薬液130重量部と沈澱物20重量部を得ることができた。
【００３９】
また、回収された薬液は、多硫化カルシウムを含有しており、液比重が1.2g/ccで黄緑色のpH10の液体であった。
【００４０】
また、原料とし焼却場飛灰ＰＨ13.5を用いたところ、多硫化カルシウムを含有した液比重が1.15g/ccの茶色のpH11の液体を得た。
【００４１】
このようにして生成した液体、さらには沈殿物の水溶液を改質剤として用いることができる。
【００４２】
このように、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、シリカを含有する物質である飛灰を原料として改質剤を生成した場合には、原料に含有されるカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、シリカによって、ゲーレナイト（2CaO・Al2O3・SiO2）、アーノサイト（CaO・Al2O3・2SiO2）、メルビナイト（3CaO・MgO・2SiO2）、アケルマナイト（2CaO・MgO・2SiO2）、モンチセライト（CaO・MgO・SiO2）、ランキナイト（3CaO・2SiO2）、ダイカルシウムシリケート（2CaO・SiO2）、クラストナイト（CaO・SiO2）、スビネル（MgO・Al2O3）、リューサイト（(K2O・N2O)・Al2O3・SiO2）を含有する重組成体からなる改質剤を生成することができる。
【００４３】
そして、上記の改質剤は、コンクリート製品の製造過程でセメントに添加して使用してコンクリート製品を製造するようにしてもよく、また、既存のコンクリート製品に含浸させて使用することができる。
【００４４】
上記の改質剤をセメントに添加してコンクリート製品を製造した場合や既存のコンクリート製品に含浸させた場合には、改質剤に含有される金属体によって金属コンクリート化することができ、コンクリート製品の高密度化、高強度化、中性化防止、耐酸性向上、内部鉄筋の防錆、吸水率の低減、耐塩性向上、耐凍結性向上などの効果が得られる。
【００４５】
特に、柱や梁などの金属構造物の表面に付着したコンクリートや内部に鉄筋を配設したコンクリートに対して、内部の金属構造物（鉄筋を含む。）の表面に至る量の改良剤を塗布し又は含浸させた場合には、金属構造物の表面を酸化金属から硫化金属に変質させることができ、これにより金属構造物の防錆効果を得ることができる。
【００４６】
また、改良剤に界面活性剤を添加した後にコンクリート製品に塗布し又は含浸させることによって、改良剤の浸透性能を向上させることができる。
【００４７】
また、改良剤に水分を添加して比重を調整した後にコンクリートに塗布し又は含浸させることによって、改良剤の浸透性や強度を調節することができる。たとえば、上記の多硫化カルシウムを含有した薬液の場合に、強度よりも浸透性を重視するときは1.05g/cc〜1.1g/ccに調整し、通常の使用には1.1g/cc〜1.2g/ccに調整し、強度を重視するときは1.2g/cc〜1.35g/ccに調整する。
【００４８】
また、水酸化金属の水溶液又は水酸化金属の微粒子を含有する水溶液は、改良剤に添加した後にコンクリート製品に塗布し又は含浸させてもよく、水酸化金属の水溶液又は水酸化金属の微粒子を含有する水溶液と改良剤とを同時にコンクリート製品に吹き付けることによって改良剤に添加しながらコンクリート製品に塗布し又は含浸させるようにしてもよい。
【００４９】
また、改良剤に糊剤を添加した後又は添加しながらコンクリート製品に塗布し又は含浸させることによって、改良剤の付着性能を向上させることができる。
【００５０】
また、改良剤をコンクリート製品に塗布し又は含浸させた後に自然乾燥又は強制乾燥によって硫黄を結晶化させてコンクリート製品の固定化を行うようにしてもよい。
【００５１】
この場合には、コンクリート製品の内部及び表面に硫黄の結晶体が針状に成長し、強度を向上させることができる。
【００５２】
また、コンクリート製品の表面に形成された改良剤の膜に乾燥によって線状の隙間が形成されても、この隙間から硫黄の結晶体が針状に成長し、隙間を閉塞することができ、これによっても強度を向上させることができる。さらに、塗料などで上塗りして針状の結晶体を潰すことによって隙間を完全に閉塞することができる。